Resistores de alta tensão são usados em dispositivos médicos para manter as correntes elétricas dentro de faixas predefinidas.
A alta tensão usada significa que um número menor de resistores pode ser usado para atingir a corrente de saída desejada.
Esses resistores precisam ser capazes de resistir a décadas de uso, por isso são construídos com menos material e custos de fabricação mais baixos são levados em consideração em seu projeto.
A maioria dos dispositivos médicos não opera em tensões muito altas (em torno de 1-2V).
No entanto, existem algumas exceções.
Muitos dispositivos de diagnóstico implantáveis (IDDs) operam em 5-20 V, e a frequência operacional também é normalmente mais alta do que a faixa geral.
Isso significa que as considerações de custo se tornam mais importantes ao projetar um resistor de alta tensão para dispositivos médicos.
A seguir, explicaremos como você pode criar uma solução de baixo custo para resistores de alta tensão sem comprometer a segurança ou a confiabilidade.
Para que serve um resistor em dispositivos médicos?
Resistores de alta tensão são usados em dispositivos médicos para manter as correntes elétricas dentro de faixas predefinidas.
A alta tensão usada significa que um número menor de resistores pode ser usado para atingir a corrente de saída desejada.
Esses resistores precisam ser capazes de resistir a décadas de uso, por isso são construídos com menos material e custos de fabricação mais baixos são levados em consideração em seu projeto.
A maioria dos dispositivos médicos não opera em tensões muito altas (em torno de 1-2V).
No entanto, existem algumas exceções.
Muitos dispositivos de diagnóstico implantáveis (IDDs) operam em 5-20 V, e a frequência operacional também é tipicamente mais alta do que a faixa geral.
Isso significa que as considerações de custo se tornam mais importantes ao projetar um resistor de alta tensão para dispositivos médicos.
A seguir, explicaremos como você pode construir uma solução de baixo custo para resistores de alta tensão sem comprometer a segurança ou a confiabilidade.
O que procurar em um resistor de alta tensão
Baixo custo – Altas tensões significam que muito mais resistores são necessários para atingir a corrente de saída desejada.
Se um dispositivo tiver altas tensões de operação, o custo dos resistores também será maior.
Facilidade de fabricação – Os resistores de alta tensão geralmente têm menos de 1 mm de diâmetro e comprimentos maiores.
Eles também são tipicamente material de placa de circuito impresso (PCB) FR-4 ou FR-5, que é mais fácil de trabalhar do que o mais caro FR-32.
Construção de alta qualidade é importante para garantir que os resistores durem décadas.
Alguns fabricantes usam trilhos estanhados, enquanto outros usam chumbos estanhados.
Resistores de alta qualidade têm trilhos e terminais banhados a prata.
Tolerância contra EMF – À medida que os resistores ficam mais longos, a resistência do fio diminui.
A EMF (força eletromotriz) do resistor também pode aumentar devido ao aumento do fluxo de corrente.
Portanto, é necessária uma tolerância na resolução do valor do resistor para levar em conta essas alterações.
Por exemplo, um resistor com uma variação de 5% no valor (por exemplo, 9.9 ohms em vez de 10.0 ohms) é aceitável.
Alta confiabilidade – Resistores de alta tensão normalmente operam em temperaturas de -15ºC a 85ºC.
O primeiro é muito frio para evitar problemas como empenamento dos resistores, enquanto o segundo é muito quente para evitar problemas de confiabilidade.
Portanto, uma faixa de temperatura operacional mais alta é necessária para evitar problemas de confiabilidade.
Passo 1: Identifique a Necessidade
O primeiro passo ao projetar um resistor de alta tensão é identificar a tensão de operação e a frequência de operação do produto.
Por exemplo, você pode precisar de um resistor classificado para no máximo 5 V e que opere em uma frequência entre 1 kHz e 10 kHz.
Em seguida, você precisa encontrar os componentes certos para atender às suas necessidades.
Uma escolha popular é o resistor cerâmico especial (CSR).
O CSR é mais comumente usado para aplicações de alta potência devido à sua construção de alta qualidade, alta confiabilidade e baixo custo.
Outra escolha popular é o material PCB FR-4 devido ao seu custo-benefício e facilidade de fabricação.
Um concorrente próximo do CSR e do PCB é o material FR-5.
Como o PCB, o material FR-5 é relativamente barato.
No entanto, o CSR e o PCB têm a vantagem de suportar altas tensões e altas temperaturas, respectivamente.
O material FR-5, por outro lado, carece da resistência do PCB a altas tensões e, portanto, não é tão confiável em algumas aplicações.
Etapa 2: escolha o material certo
Ao escolher o material certo para seu resistor de alta tensão, você precisa observar a tensão de operação e a temperatura de operação do material.
Por exemplo, o material PCB é mais comumente usado em temperaturas abaixo de -20ºC.
O CSR e o PCB têm a vantagem de suportar altas tensões e altas temperaturas, respectivamente.
Um tipo relativamente novo de material é o polímero FR-5 com núcleo de metal.
O polímero é mais barato que os materiais PCB e FR-5 PCB e é freqüentemente usado em temperaturas operacionais mais altas.
No entanto, não é tão durável quanto o PCB ou o FR-4 e pode ser danificado pela umidade.
Ao escolher o material certo para seu resistor de alta tensão, você precisa observar a tensão de operação e a temperatura de operação do material.
Etapa 3: Calcular capacitância e ESR
Os resistores têm uma certa quantidade de capacitância, o que afeta sua frequência e impedância.
O valor ESR (Equivalent Series Resistance) é a resistência equivalente da capacitância e é bastante importante, pois é responsável pelo componente DC da impedância.
A capacitância é medida em picofarads (pF) ou milifarads (mF).
Na maioria dos casos, a tolerância de 1% do capacitor é mais do que suficiente para um resistor de alta tensão.
O ESR é a resistência equivalente da capacitância e é bastante importante, pois é responsável pelo componente DC da impedância.
Etapa 4: adicionar peças para criar um modelo de placa esquemática
Depois de identificar os componentes, calcular seus valores e escolher um material para seu resistor de alta tensão, é hora de colocá-los juntos em um modelo de placa esquemática.
O modelo de placa esquemática é um layout padrão de breadboards sem solda que são usados para projetar circuitos eletrônicos.
O layout deve ter uma coluna de componentes à esquerda e uma coluna de trilhos de alimentação à direita.
Há algumas coisas a serem lembradas ao projetar um modelo de placa esquemática.
Primeiro, você precisa certificar-se de que os componentes estejam posicionados corretamente e dentro do espaço recomendado para os trilhos de alimentação.
Em segundo lugar, você precisa garantir que os componentes sejam alimentados com tensões mais baixas.
Por último, você precisa ter certeza de que o circuito está protegido de quaisquer altas tensões que possam estar presentes.